【研究背景】

二维（2D）原子层晶体具有一些独特的物理与化学性质，因此在电子、传感器、催化和电池领域有着广泛的应用。通常来讲，一些具有2D结构的材料，如石墨烯，氮化硼和过渡金属硫化物等可以通过自上而下的方式，直接由机械、液相和电化学方式剥离相应的范德瓦尔斯异质结。

在过去的十年间，出现了一些特殊的非范德华瓦尔斯固态2D纳米晶体，如赤铁矿和层状过渡金属碳/氮化物，被称为MAX相，极大程度地扩展了2D材料家族的体系。尤其是这种非范德瓦尔斯MAX相-M代表过渡金属元素，A通常代表元素周期表中13-16组的元素，X则是碳或氮，主要是一些混合的共价键，离子型的M-X键以及金属型的M-A键。因为M-A键通常比M-X键具有更高的化学活性，A原子在MAX相中，可以通过高反应活性的溶剂进行刻蚀（氢氟酸或强碱），由此，便产生了一种叫做MXene的少层2D过渡金属碳化物，碳氮化物或氮化物。这些2D纳米晶体通常具有一些缺陷以及在表面的官能团，如-OH, -O, -F或-Cl。由于在这种非范德瓦尔斯固体中过于紧密的原子堆积与较强的化学键，将其转换为具有更多暴露表面的以及确定相的2D纳米晶体仍然是巨大的挑战。

【成果简介】

最近，北京航空航天大学杨树斌教授课题组与美国莱斯大学Pulickel M. Ajayan教授合作在国际顶级学术期刊 Nature上发表题为：Conversion of non-van der Waals solids to 2D transition-metal chalcogenides的研究论文，文章报道了一种拓扑转化法将的范德瓦尔斯固体转化为具有2H/1T相的2D范德瓦尔斯过渡金属硫属化合物。这种转化通过将非范德瓦尔斯固体暴露在硫属元素蒸汽中而实现，可以通过控制反应产物的熵和蒸气压进行控制。杂原子取代（如钇和磷）的过渡金属硫属化合物也可以通过这种方式来制备，因此，这种通用的方法所得到的可以进行相位选择的2D过渡金属硫属化合物在高温下（1373开尔文）具有较好稳定性，与此同时还可以实现单层材料的大批量制备，这对于单层二维材料的发展具有深远意义。

【图文导读】

图1. 非范德瓦尔斯固体与2D过渡金属硫属化合物的转换示意图

图2. MAX相衍生2D 过渡金属硫属化合物的结构表征

图3. 四元MAX相材料衍生的具有杂原子掺杂的2H相2D过渡金属硫属化合物的结构表征。

图4. 四元MAX相材料衍生的具有杂原子共掺杂（Y和P）的1T相2D过渡金属硫属化合物的结构表征与电学测试。

文献链接：

https://doi.org/10.1038/s41586-019-1904-x